Alfa-helixstruktur og funktionel betydning



den alfa helix er den simpleste sekundære struktur, som et protein kan adoptere i rummet i overensstemmelse med stivhed og rotationsfrihed af bindingerne mellem dets aminosyrerester.

Det er kendetegnet ved spiralformen, hvori aminosyrerne er arrangeret, som synes at være arrangeret omkring en imaginær længdeakse med R-grupperne på ydersiden af ​​denne.

Alfa-helixer blev først beskrevet i 1951 af Pauling og kolleger, som brugte tilgængelige data på interatomiske afstande, forbindelsesvinkler og andre strukturelle parametre for peptider og aminosyrer for at forudsige de mest sandsynlige konfigurationer, som kæder kunne antage. polypeptid.

Beskrivelsen af ​​alfa-helix opstod fra søgningen efter alle mulige strukturer i en peptidkæde, der blev stabiliseret af hydrogenbindinger, hvor residuerne var støkiometrisk ækvivalente, og konfigurationen af ​​hver var plan, som angivet ved dataene fra resonans af peptidbindingerne, der var tilgængelige for datoen.

Denne sekundære struktur er den mest almindelige blandt proteiner, og den vedtages af både opløselige proteiner og integrerede membranproteiner. Det antages, at mere end 60% af proteinerne findes i form af alpha-helix eller beta-ark.

indeks

  • 1 struktur
  • 2 Funktionel betydning
    • 2.1 Miosin
    • 2.2 Kollagen
    • 2.3 keratin
    • 2.4 Hemoglobin
    • 2.5 Proteiner type "zink fingre"
  • 3 referencer

struktur

Generelt har hver omdrejning af en alfa-helix et gennemsnit på 3,6 aminosyrerester, som i det væsentlige svarer til 5,4 Å i længden. Vinkler og rotationslængder varierer imidlertid fra et protein til et andet med streng afhængighed af aminosyresekvensen af ​​den primære struktur.

De fleste alfa-helixer har en højrehåndet sving, men det er for tiden kendt, at proteiner med alfa-helixer kan eksistere med venstrehåndede sving. Betingelsen for den ene eller den anden at forekomme er, at alle aminosyrerne er i samme konfiguration (L eller D), da de er ansvarlige for omdrejningsretningen.

Stabiliseringen af ​​disse vigtige strukturelle årsager til proteinverdenen er givet af hydrogenbindinger. Disse bindinger forekommer mellem hydrogenatomet bundet til det elektronegative nitrogen i en peptidbinding og det elektronegative carboxylsyreatom af aminosyren fire positioner senere i det N-terminale område med hensyn til sig selv.

Hver drejning af spiralen er igen forbundet med den næste af hydrogenbindinger, som er grundlæggende for at opnå den samlede stabilitet af molekylet.

Ikke alle peptider kan danne stabile alfa helixer. Dette er givet ved den indre kapacitet af hver aminosyre i kæden til dannelse af helikser, som er direkte relateret til den kemiske og fysiske natur af dets substituenter R-grupper..

For eksempel kan ved en bestemt pH mange polære rester erhverve den samme ladning, så de ikke kan lokaliseres efter hinanden i en helix, da afstødningen mellem dem ville medføre en stor forvrængning i den..

Aminosyrernes størrelse, form og position er også vigtige determinanter for helisk stabilitet. Uden at gå længere, kunne rester som Asn, Ser, Thr og Cys placeret tæt på hinanden inden for sekvensen også have en negativ effekt på konfigurationen af ​​alfa-helixen.

På samme måde afhænger hydrofobiciteten og hydrofiliteten af ​​de alfa-spiralformede segmenter i et givet peptid udelukkende på identiteten af ​​R-grupperne i aminosyrerne.

I integrerede membranproteiner er der rigelige alfa-helikser med rester af stærk hydrofob karakter, der er strengt nødvendige for indsættelsen og konfigurationen af ​​segmenterne mellem de apolære haler af de bestanddelige phospholipider.

De opløselige proteiner har tværtimod alfa-helixer, der er rige på polære rester, hvilket muliggør en bedre interaktion med det vandige medium, som er til stede i cytoplasmaet eller mellemliggende rum.

Funktionel betydning

Alfa-helixmotiverne har en bred vifte af biologiske funktioner. Specifikke interaktionsmønstre mellem spiralerne spiller en afgørende rolle i funktionen, samlingen og oligomeriseringen af ​​både membranproteiner og opløselige proteiner.

Disse domæner er til stede i mange transkriptionsfaktorer, vigtige ud fra reguleringen af ​​genekspression. De er også til stede i proteiner med strukturel relevans og i membranproteiner, der har funktioner til transport og / eller transmission af signaler af forskellig art.

Her er nogle klassiske eksempler på proteiner med alfa-helixer:

myosin

Myosin er en ATPase aktiveret af actin, der er ansvarlig for muskelkontraktion og en række former for celle mobilitet. Både muskel- og ikke-muskulære myosiner består af to regioner eller kugleformede "hoveder" forbundet sammen af ​​en lang spiralformet alfa "hale".

collagen

En tredjedel af det samlede proteinindhold i den menneskelige krop er repræsenteret ved kollagen. Det er det mest overflodige protein i det ekstracellulære rum og har som karakteristisk karakter et strukturelt motiv sammensat af tre parallelle tråde med en spiralformet venstrehåndet konfiguration, der sammenføjes for at danne en tredobbelt spiral med uret retning.

keratin

Keratiner er en gruppe af filamentdannende proteiner, der fremstilles af nogle epitelceller hos hvirveldyr. De er hovedkomponenten i negle, håret, kløerne, skildpaddenes skal, hornene og fjerene. En del af dets fibrillære struktur er dannet af alfa helix segmenter.

hæmoglobin

Oxygen i blodet transporteres af hæmoglobin. Globindelen af ​​dette tetrameriske protein består af to identiske alfa-helcer med hver 141 rester og to betakæder med 146 rester hver..

"Zink finger" type proteiner

Eukaryotiske organismer besidder et væld af zink-fingerproteiner, som virker til forskellige formål: DNA-genkendelse, RNA-pakning, transkriptionel aktivering, regulering af apoptose, proteinfoldning osv. Mange zinkfingerproteiner har alpha-helixer som en hovedkomponent i deres struktur, og de er afgørende for deres funktion.

referencer

  1. Aurora, R., Srinivasan, R., & Rose, G. D. (1994). Regler for a-alfa-helix opsigelse af glycin. Videnskab, 264(5162), 1126-1130.
  2. Blaber, M., Zhang, X., & Matthews, B. (1993). Strukturelt grundlag for aminosyre alfa helix tilbøjelighed. Videnskab, 260(1), 1637-1640.
  3. Brennan, R. G., & Matthews, B.W. (1989). Helix-turn-helix-DNA-bindingsmotivet. Journal of Biological Chemistry, 264(4), 1903-1906.
  4. Eisenberg, D. (2003). Opdagelsen af ​​de strukturelle egenskaber ved alfa-helix og beta-ark proteiner, den vigtigste. PNAS, 100(20), 11207-11210. Huggins, M.L. (1957). Strukturen af ​​alfa keratin. Kemi, 43, 204-209.
  5. Klement, W., Willens, R., & Duwez, P. (1960). Struktur af myoglobin. natur, 185, 422-427.
  6. Laity, J.H., Lee, B.M., & Wright, P.E. (2001). Zinkfingerproteiner: Ny indsigt i strukturel og funktionel mangfoldighed. Nuværende udtalelse i strukturel biologi, 11(1), 39-46.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. udgave). Freeman, W. H. & Company.
  8. Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press. Hentet fra www.cambridge.org/9780521856553
  9. McKay, M.J., Afrose, F., Koeppe, R.E., & Greathouse, D.V. (2018). Helixdannelse og stabilitet i membraner. Biochimica et Biophysica Acta - Biomembraner, 1860(10), 2108-2117.
  10. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2009). Lehninger principper for biokemi. Omega udgaver (5. udgave).
  11. Pauling, L., Corey, R. B., & Branson, H. R. (1951). Proteinstrukturen: to hydrogenbundne spiralformede konfigurationer af polypeptidkæden. Forsøg på det nationale videnskabsakademi i USA, 37, 205-211.
  12. Perutz, M. F. (1978). Hemoglobinstruktur og luftvejstransport. Videnskabelig amerikansk, 239(6), 92-125.
  13. Scholtz, J. M., & Baldwin, R. L. (1992). Mekanismen af ​​alfa-helixdannelse med peptider. Årlig gennemgang af biofysik og biomolekylær struktur, 21(1), 95-118.
  14. Shoulders, M. D., & Raines, R. T. (2009). Kollagenstruktur og stabilitet. Årlig gennemgang af biokemi, 78(1), 929-958.
  15. Subramaniams, A., Jones, W. K., Gulick, J., & Neumannli, J. (1991). Vævsspecifik regulering af alfa-myosin tungkæde-genpromotoren i transgene mus. Journal of Biological Chemistry, 266(36), 24613-24620.
  16. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, M.A. (2016). Keratin: Struktur, mekaniske egenskaber, forekomst i biologiske organismer og indsats ved bioinspiration. Fremskridt i materialevidenskab. Elsevier Ltd.
  17. Warrick, H. M., & Spudich, J. a. (1987). Myosin struktur og funktion i cellemotilitet. Årlig gennemgang af cellebiologi, 3, 379-421.
  18. Zhang, S. Q., Kulp, D. W., Schramm, C. A., Mravic, M., Samish, I., & Degrado, W. F. (2015). Membran- og opløselig-protein-helix-helix-interaktionen: Lignende geometri via forskellige interaktioner. struktur, 23(3), 527-541